CN112332540A - 微电网、以及仿真装置和方法 - Google Patents

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Abstract

一种微电网，包括多种类型的分布式储能、用电和/或发电设备，以及多个与所述用电和/或发电设备连接的智能体，这里的智能体是指分布式协调控制器。还包括至少一个聚合器，这里的聚合器是指能量管理系统。所述智能体包括元件层、通信层和系统层，元件层智能体用于对微电网电压、谐波和频率进行校正，通信层智能体用于对不同微电网内设备的通信协议进行转换，并进行设备间数据交互，系统层智能体用于提供对微电网的管理服务。

Description

微电网、以及仿真装置和方法
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，特别涉及一种微电网、以及仿真装置和方法。
背景技术
随着新能源发电、灵活的AC/DC传输技术，以及电动汽车和储能设备等柔性负载的大规模使用，微电网的动态过程得到了极大的加速，并且极大地依赖于信息反馈和决策。目前，通信系统中事件的离散性和电力系统中时间的连续性使得物理能源系统的研究更加复杂。
为了确保能量管理系统发送的信息可以被分布式能源控制器所识别，有必要对分布式能源通信控制接口进行标准化。
发明内容
本发明实施例之一，一种微电网仿真系统，包括多种类型的分布式储能、用电和/或发电设备，以及多个与所述用电和/或发电设备连接的智能体，以及至少一个聚合器。
所述智能体包括元件层、通信层和系统层，元件层智能体用于对微电网电压、谐波和频率进行校正，通信层智能体用于对不同微电网内设备的通信协议进行转换，并进行设备间数据交互，系统层智能体用于提供对微电网的管理服务。
本发明涉及到基于多智能体系统的微电网通信协议交互方法，特别是用户数据报协议UDP、开放式自动需求响应通信协议OpenADR、电动汽车充电桩开放式通信协议OCPP，提出了一种在微电网中将不同通信协议进行相互转换的方法，为电力系统和通信网络系统进行实时交互提供指导方案。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本发明示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本发明的若干实施方式，其中：
图1根据本发明实施例之一的微电网结构示意图。
图2根据本发明实施例之一的微电网多智能体通信协议互操作示意图。
图3根据本发明实施例之一的OCPP协议通信过程示意图。
图4根据本发明实施例之一的OpenADR协议通信过程示意图。
具体实施方式
微电网控制中主要使用的通信协议包括UDP、TCP/IP、OpenADR、OCPP等，它们使用IP路由功能将数据包发送到目的地，从而为应用程序和应用程序层协议提供网络服务。其中，TCP提供了可靠的数据传输服务。在一个应用程序进程将数据发送到另一个应用程序进程之前，这两个进程必须发送一些初步的数据段以建立后续的数据传输参数，称为TCP三向握手连接。UDP协议不需要在数据传输之前建立连接，并且不需要以比TCP协议更高的速率发送数据，但是在数据传输服务过程中通常会出现丢包现象。OpenADR协议是一种开放、标准化的方式，可以在电网中的电商与其客户之间传达需求响应消息，从而可以促进不同需求响应系统之间的互操作性，将电价变化和事件转化为减少负荷，或者从电网自动传输这些信息。通过利用现有通信向最终用户提供电能。OpenADR(Open Automated DemandResponse Communications Specification)明确定义了开放自动需求响应通信协议，但是特定的数据通信模型并不完整。开放充电协议OCPP作为OpenADR的补充，其中OpenADR协议对需求响应应用程序中所有参与者之间的通信框架进行建模，而OCPP(Open Charge PointProtocol)协议用来处理电动汽车特定的通信和功能。
现有微电网物理仿真中，仅简单考虑了保护控制的时序动作逻辑或者通信传输的时滞特性，已经无法满足微电网和通信网络实时同步仿真的需要。分布式设备控制器无法实时接收和发送的微电网能量管理系统的控制信号和优化调度指令。不同通信协议的标准有差别，相互间进行互操作难度大。
根据一个或者多个实施例，如图1所示，一种微电网，包括多种类型的分布式储能、用电和/或发电设备，以及多个与所述用电和/或发电设备连接的智能体，这里的智能体是指分布式协调控制器。还包括至少一个聚合器，这里的聚合器是指能量管理系统。
所述多种类型的分布式储能、用电和/或发电设备包括柔性负载、固定负载、光伏设备、电动汽车等。
根据一个或者多个实施例，如图2所示，在微电网系统中，将一系列通信协议标准化来实现互操作性，并且将设备抽象映射到通信协议堆栈的不同操作层。为了维持电网和负荷、光伏发电，电动汽车之间的通信和数据交换，实现分布式设备控制器之间的通信，采用UDP无线通信协议进行实时数据交互。对于要连接到电网以进行操作的实际设备，需要使用IEC 61850通信协议，使系统保持独立性和通信互操作性。OpenADR通信协议用于在聚合器和柔性负载之间交换调度指令和运行状况信息，可以根据电网需求的波动来调整电能消费。OCPP通信协议用作传输混合电动汽车控制器的运行数据。
为了满足微电网实时运行的各种功能，需要在各分布式设备上设置不同的智能体来进行运行控制，并采用分层控制架构如下：
1)元件层为了将分布式能源和储能接入到电网中，元件层上需要设置存在辅助服务和自适应保护功能的智能体。该层智能体可以用于本地优化，校正电压、谐波、频率等，提高电能质量。
2)通信层通信层智能体主要处理微网群或家庭建筑等能源自动化系统的通信协议转换，以及数据模型的接收和发送，目的是协调优化底层的分布式设备，减少元件层智能体控制模式的切换次数。
3)系统层系统层智能体可以提供电网自动化、需求侧响应和能量管理等服务，包含集中式控制或分布式控制的功能模块。
本发明实施例建立了基于多智能体系统的微电网分层控制框架，实现了系统层、通信层和元件层的协调优化运行。在多智能体运行控制中引入OpenADR，OCPP和UDP等通信协议标准，实现了不同通信协议的互操作性，并解决了微电网外部通信接口协议的联接、数据包交换及解析等问题。
根据一个或者多个实施例，一种基于多智能体系统的微电网通信协议互操作方法。首先，利用Matlab/Simulink软件搭建微电网的物理设备仿真模型；然后，根据模型分割方法，将顶层系统划分为不同的子模块，其中子控制器模块负责实时监视关键参数和操作结果；最后，将子模块分配给数字仿真模拟器的不同目标内核进行编译。
在操作过程中，系统层智能体可以通过OCPP或OpenADR协议向通信层智能体发布优化调度指令，然后不同的元件层智能体上通过UDP通信协议对分布式能源和储能装置来进行实时控制。
UDP通信需要创建一个发送端程序和一个接收端程序，假定发送UDP数据包的一端为server，设置端口地址，接收数据包的一端为client，接收到来自实时数字仿真模拟器的16进制数据包来进行解析，数据包的前八位是UDP的源端口，后八位是UDP的目标端口，中间位代表整个数据包的长度。当传输层从IP地址层收到UDP数据报时，就根据首部中的目的端口，把UDP数据报通过相应的端口，上交给应用进程。如果接收方UDP发现收到的报文中的目的端口号不正确，就丢弃该报文，并发送“端口不可达”差错报文给对方，如果正确，则接收该报文。在OCPP协议中，系统层智能体看作一个Socket服务器，充电桩智能体看作一个Socket客户端。充电桩智能体通过一个URL特定的连接地址启动一个握手连接，系统层智能体响应充电桩智能体的具体要求后，完成握手连接。具体的发送请求和响应方法，如图3所示。
OpenADR协议利用已有的标准通信协议如HTTP、XMPP等，通过XML方式双向传递需求响应事件、电价、负载、控制信号、可靠性等信息。其中，设置一个虚拟的顶端服务器节点VTN和多个客户端节点VEN，VTN创建n个消息事件，VEN向VTN异步确认，并周期性的从VTN节点拉取事件信息并响应，如图4所示。
应理解，在本发明实施例中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系。例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种微电网，包括多种类型的分布式储能、用电和/或发电设备，以及多个与所述用电和/或发电设备连接的智能体，这里的智能体是指分布式协调控制器。
2.根据权利要求1所述的微电网，其特征在于，还包括至少一个聚合器，这里的聚合器是指能量管理系统。
3.根据权利要求1或2所述的微电网，其特征在于，所述智能体包括元件层、通信层和系统层，
元件层智能体用于对微电网电压、谐波和频率进行校正，
通信层智能体用于对不同微电网内设备的通信协议进行转换，并进行设备间数据交互，
系统层智能体用于提供对微电网的管理服务。
4.根据权利要求3所述的微电网，其特征在于，所述智能体之间的通信协议包括OpenADR，OCPP和UDP，以及IEC 61850通信协议，其中，
OpenADR通信协议用于在聚合器和柔性负载之间交换调度指令和运行状况信息，
OCPP通信协议用作传输混合电动汽车控制器的运行数据。
5.一种微电网仿真方法，用于对如权利要求4所述的微电网进行仿真测试，其特征在于，包括以下步骤，
首先，搭建微电网的物理设备仿真模型；
然后，根据模型分割方法，将仿真系统划分为不同的子模块，子模块负责实时监视参数和操作结果；
最后，将子模块分配给仿真器的不同目标内核进行编译。
6.根据权利要求5所述的微电网仿真方法，其特征在于，还包括以下步骤：
系统层智能体通过OCPP或OpenADR协议向通信层智能体发布优化调度指令，然后不同的元件层智能体上通过UDP通信协议对分布式能源和储能装置来进行实时控制。
7.根据权利要求5所述的微电网仿真方法，其特征在于，
在OCPP协议中，系统层智能体看作一个Socket服务器，将充电桩智能体看作一个Socket客户端，
充电桩智能体通过一个URL特定的连接地址启动一个握手连接，系统层智能体响应充电桩智能体的具体要求后，完成握手连接。具体的发送请求和响应方法。
8.根据权利要求5所述的微电网仿真方法，其特征在于，
OpenADR协议利用已有的标准通信协议如HTTP、XMPP，通过XML方式双向传递需求响应事件、电价、负载、控制信号、可靠性信息，其中，
设置一个虚拟的顶端服务器节点VTN和多个客户端节点VEN，VTN创建n个消息事件，VEN向VTN异步确认，并周期性的从VTN节点拉取事件信息并响应。
9.一种微电网仿真装置，其特征在于，所述装置包括存储器；以及
耦合到所述存储器的处理器，该处理器被配置为执行存储在所述存储器中的指令，所述处理器运行根据权利要求5所述微电网仿真方法建立的仿真模型。
10.一种存储介质，其上存储有仿真模型的计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时，实现如权利要求5所述的仿真方法。
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